非晶质软磁合金和使用这种合金的电感部件制造技术

一种由非晶质软磁合金制得的非晶质软磁合金元件，非晶质软磁合金的组成的表达式为(Fe1-αTMα)100-w-x-y-zPwBxLySiz，其中含有不可避免的杂质，TM是从Co和Ni中选取的至少一种，L是从由Al、V、Cr、Y、Zr、Mo、Nb、Ta和W构成的组中选取的至少一种，0≤α≤0.98，2原子％≤w≤16原子％，2原子％≤x≤16原子％，0原子％＜y≤10原子％和0原子％≤z≤8原子％；其中，非晶质软磁合金元件的厚度为0.5mm或更厚，并且横截面面积为0.15mm2或更大。

【技术实现步骤摘要】
本申请为专利申请案(申请日2007年2月2日，申请号200710006386.7，专利技术名称为“非晶质软磁合金和使用这种合金的电感部件”)的分案申请。
本专利技术涉及一种非晶质软磁合金，另外还涉及使用这种合金的条材、带材、粉末、元件和部件。
技术介绍
非晶质磁性合金起先于Fe-P-C，之后开发出低损耗材料Fe-Si-B、高饱和磁通量密度(Bs)材料Fe-B-C等。这些材料由于损耗低而已被期望作为变压器材料，但因为其成本高并且与诸如硅钢片的常规材料相比其Bs较低，所以还没有得到广泛应用。另外，由于这些非晶质合金要求冷却速度为105K／sec或更高，所以只能生产厚度仅为大约200μm(实验室最高水平)的带材。因此，必须将所述带材缠绕到磁芯内或者将所述带材层压到磁芯内，这极大地限制了非晶质合金的应用。自从二十世纪八十年代后半期，已开始开发所谓金属玻璃的合金体系，在该合金体系中，与那时之前的非晶质合金相反，在结晶温度的低温侧观察到玻璃转变并且出现了过冷液态范围。过冷液态范围被认为关系到玻璃结构的稳定性。因此，这种合金体系的非晶质形成能力非常好，这在当时之前是不曾出现的。例如，已经发现Ln-A1-TM、Zr-Al-Ni，并且已经发现Pd-Cu-Ni-P基合金，从中可以制得分别大约几毫米厚的金属玻璃块元件。自从二十世纪九十年代中期以来还发现了Fe基金属玻璃，并且已经报道了可以实现厚度均为1mm或以上的金属玻璃块元件的成分。例如，发现了Fe-(Al，Ga)-(P，C，B，Si)(非专利文献1：Mater.Trans.，JIM，36(1995)，1180)，Fe-(Co，Ni)-(Zr，Hf，Nb)-B(非专利文献2：Mater.Trans.，JIM，38(1997)，359；专利文献1：日本未审查专利申请公开(JP-A)No.2000-204452)，Fe-(Cr，Mo)-Ga-P-C-B(专利文献2：日本未审查专利申请公开(JP-A)No.2001-316782)，Fe-Co-RE-B(专利文献3：日本未审查专利申请公开(JP-A)No.2002-105607)等。然而，与常规的合金相比，尽管这些合金各自都提高了非晶质形成能力，但存在由于含有大量的非磁性成分等而使得饱和磁通量密度低的问题。很难使得非晶质形成能力和磁性能都令人满意。通常已知的非晶质合金，诸如Fe-Si-B和Fe-P-C，是公知的高磁导率并且低损耗的材料，因此适合于变压器芯、磁头等。然而，由于非晶质形成能力低，厚度均为大约20μm的带材和厚度为大约100μm的线材仅被商品化，它们另外还应该被形成层压的或缠绕的磁芯。因此，形状方面的自由度极小。另一方面，通过将具有良好软磁性能的低损耗非晶质粉末制成压粉铁芯可以实现三维成型，这因此被视为大有希望。然而，由于根据任一种所述成分非晶质形成能力都不足够，所以很难采用水雾化方法或类似方法来制得粉末。另外，如果使用含有杂质的廉价的铁镍合金材料或类似材料，那么预期降低非晶质形成能力，从而减少非晶质的一致性，因此导致软磁性能的减弱。同样就Fe基金属玻璃而言，尽管它们各自的非晶质形成能力都很强，但由于它们含有大量的非金属成分，而铁系元素的含量又很低，所以很难同时满足其磁性能的要求。另外，由于玻璃化转变温度较高，同样也会出现热处理温度等升高的问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于，提出一种非晶质软磁合金，通过对合金组成进行选择和优化，可使其具有过冷液态范围，并且非晶质形成能力很高，软磁性能也很好。本专利技术的另一个目的在于，提出都使用这种非晶质软磁合金的带材、粉末、高频磁芯、块状元件。为了实现前述目的，在经过对各种合金组合物进行刻苦研究之后，本专利技术的专利技术人发现，通过将从Al、V、Cr、Y、Zr、Mo、Nb、Ta和W中选取的一种或多种元素加入到Fe-P-B基合金中并且对那些组合物组分进行确定，可以实现提高非晶质形成能力和出现明显的过冷液态范围，并且完成本专利技术。另外，本专利技术的专利技术人发现，通过将从Al、Cr、Mo和Nb中选取的一种或多种元素加入到Fe-P-B基合金中并且另外将Ti、C、Mn和Cu元素加入到Fe-P-B基合金中并且对那些组合物组分进行确定，可以实现提高非晶质形成能力和出现明显的过冷液态范围，这进一步改善了合金组合物，并且完成了本专利技术。根据本专利技术的一方面，提供一种非晶质软磁合金，其组成的表达式为(Fe1-αTMα)100-w-x-y-zPwBxLySiz，其中含有不可避免的杂质，TM是从Co和Ni中选取的至少一种，L是从由Al、V、Cr、Y、Zr、Mo、Nb、Ta和W构成的组中选取的至少一种，0≤α≤0.98，2原子％≤w≤16原子％，2原子％≤x≤16原子％，0原子％＜y≤10原子％，0原子％≤z≤8原子％。根据本专利技术的另一方面，提供一种非晶质软磁合金，其组成的表达式为(Fe1-αTMα)100-w-x-y-zPwBxLySizTipCqMnrCus，其中含有不可避免的杂质，TM是从Co和Ni中选取的至少一种，L是从由Al、Cr、Zr、Mo和Nb构成的组中选取的至少一种，0≤α≤0.3，2原子％≤w≤18原子％，2原子％≤x≤5原子％，0原子％＜y≤10原子％，0原子％≤z≤4原子％，其中每个p、q、r和s都表示在Fe、TM、P、B、L和Si的总质量为100时的添加比率，并且确定为0≤p≤0.3，0≤q≤0.5，0≤r≤2，0≤s≤1。根据本专利技术的又一方面，提供一种由上述非晶质软磁合金制成的非晶质软磁合金元件。所述非晶质软磁合金元件的厚度为0.5mm或更厚，并且横截面面积为0.15mm2或更大。根据本专利技术的再一方面，提供一种由上述非晶质软磁制成的非晶质软磁合金带材。所述非晶质软磁合金带材的厚度为1至200μm。根据本专利技术的又一方面，提供一种由上述非晶质软磁合金制成的非晶质软磁合金粉末。所述非晶质软磁合金粉末的颗粒大小为200μm或以下(零除外)。根据本专利技术的再一方面，提供一种通过对所述非晶质软磁合金元件进行加工而形成的磁芯。根据本专利技术的又一方面，提供一种通过对上述非晶质软磁合金带材进行环形缠绕而形成的磁芯。根据本专利技术的另一方面，提供一种通过绝缘体对所述非晶质软磁合金带材进行环形缠绕而形成的上述磁芯。根据本专利技术的再一方面，提供一种通过对上述非晶质软磁合金带材的基本相同形状的片件或件进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶质软磁合金，其组成的表达式为(Fe1‑αTMα)100‑w‑x‑y‑zPwBxLySizTipCqMnrCus，其中含有不可避免的杂质，TM是从Co和Ni中选取的至少一种，L是从由Al、Cr、Zr、Mo和Nb构成的组中选取的至少一种，0≤α≤0.3，2原子％≤w≤18原子％，2原子％≤x≤18原子％，15原子％≤w+x≤23原子％，1原子％≤y≤5原子％，0原子％≤z≤4原子％，其中每个p、q、r和s都表示在Fe、TM、P、B、L和Si的总质量为100时的添加比率，并且确定为0≤p≤0.3，0≤q≤0.5，0≤r≤2，0≤s≤1，0＜r+s≤3。

【技术特征摘要】
2006.02.02 JP 2006-026210;2006.12.01 JP 2006-326171.一种非晶质软磁合金，其组成的表达式为(Fe1-αTMα)100-w-x-y-zPwBxLySizTipCqMnrCus，其中含有不可避免的杂质，TM是从Co和Ni中选
取的至少一种，L是从由Al、Cr、Zr、Mo和Nb构成的组中选取的至少
一种，0≤α≤0.3，2原子％≤w≤18原子％，2原子％≤x≤18原子％，
15原子％≤w+x≤23原子％，1原子％≤y≤5原子％，0原子％≤z≤4原
子％，其中每个p、q、r和s都表示在Fe、TM、P、B、L和Si的总质量
为100时的添加比率，并且确定为0≤p≤0.3，0≤q≤0.5，0≤r≤2，0≤
s≤1，0＜r+s≤3。
2.如权利要求1所述的非晶质软磁合金，其中结晶开始温度(Tx)
为550℃或更低，玻璃化转变温度(Tg)为520℃或更低，而由△Tx=Tx-
Tg表示的过冷液态范围为20℃或更高。
3.如权利要求1所述的非晶质软磁合金，其中饱和磁通量密度为
1.2T或更高。
4.如权利要求1所述的非晶质软磁合金，其中居里温度为240℃或
更高。
5.一种由如权利要求1所述的非晶质软磁合金制成的非晶质软磁合
金粉末，其中所述非晶质软磁合金粉末的颗粒大小为200μm或以下，零
除外。
6.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁
合金粉末含有通过水雾化制得的非晶质软磁合金粉末和通过气雾化制得
的非晶质软磁合金粉末中的至少一种，并且所述粉末颗粒的50％或以上
数量的颗粒大小大于3μm。
7.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁
合金粉末含有通过水雾化制得的非晶质软磁合金粉末和通过气雾化制得
的非晶质软磁合金粉末中的至少一种，使所述非晶质软磁合金粉末通过
网目大小为250μm的滤网，并且使其颗粒尺寸的中心直径为200μm或
更小。
8.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁

\t合金粉末含有通过水雾化制得的非晶质软磁合金粉末和通过气雾化制得
的非晶质软磁合金粉末中的至少一种，使所述非晶质软磁合金粉末通过
网目大小为150μm的滤网，并且使其颗粒尺寸的中心直径为100μm或
更小。
9.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁
合金粉末含有通过水雾化制得的非晶质软磁合金粉末和通过气雾化制得
的非晶质软磁合金粉末中的至少一种，使所述非晶质软磁合金粉末通过
网目大小为45μm的滤网，并且使其颗粒尺寸的中心直径为30μm或更
小。
10.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁
合金粉末含有通过水雾化制得的非晶质软磁合金粉末和通过气雾化制得
的非晶质软磁合金粉末中的至少一种，使所述非晶质软磁合金粉末通过
网目大小为45μm的滤网，并且使其颗粒尺寸的中心直径为20μm或更
小。
11.如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末，其中所述非晶质软磁
合金粉末的高径比为1至2。
12.一种通过对包括如权利要求5所述的非晶质软磁合金粉末的材料
粉末和以10质量％或更低的量被加入其中的粘合剂的混合物进行模制而
形成的磁芯。
13.如权利要求12所述的磁芯，其中所述粘合剂在所述混合物中的
混合比率为5质量％或更少，所述材料粉末在所述磁芯中的填充系数为
70％或以上，当施加1.6×104A/m的磁场时磁通量密度为0.4T或以上，
并且电阻率为1Ω·cm或更大。
14.如权利要求12所述的磁芯，其中所述粘合剂在所述混合物中的
混合比率为3质量％或更少，模制温度等于或高于所述粘合剂的软化
点，所述材料粉末在所述磁芯中的填充系数为80％或以上，当施加1.6×
104A/m的磁场时磁通量密度为0.6T或以上，并且电阻率为0.1Ω·cm或
更大。
15.如权利要求12所述的磁芯，其中所述粘合剂在所述混合物中的
混合比率为1质量％或更少，模制温度位于所述非晶质软磁合金粉末的

\t过冷液态范围内，所述材料粉末在所述磁芯中的填充系数为90％或以
上，当施加1.6×104A／m的磁场时...

【专利技术属性】
技术研发人员：浦田显理，藤原照彦，松元裕之，山田健伸，井上明久，
申请(专利权)人：NEC东金株式会社，东北大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP